现代 C++ 实战（07）：C++17 工具箱

C++17 不像 C++11 / C++20 那样「改天换地」，却塞进了大量日常极好用的工具：std::any、std::filesystem、结构化绑定、if constexpr、折叠表达式、并行算法……写业务代码时经常伸手就能摸到。

这一篇把 C++17 工具箱里最常用的一批串起来，对应三个 demo：any_demo、filesystem_demo、parallel_algo_demo。

这是「现代 C++ 实战」系列的第 7 篇。建议先读第 06 篇：Lambda 与类型推导。

一、`std::any`：运行期存任意类型

C++17 的 std::any 是类型擦除容器——运行期可以换成 int、string、vector……类型信息保存在内部，取出时用 std::any_cast。

#include <any>
#include <string>
#include <vector>

std::any value = 42;
int n = std::any_cast<int>(value);      // 42；类型不对 → 抛 bad_any_cast

value = std::string("hello");           // 可以改存别的类型
value.emplace<std::vector<int>>({1, 2, 3});

if (auto* p = std::any_cast<int>(&value)) { /* 安全，失败返回 nullptr（此处为 nullptr） */ }

成员 / 操作	作用
`has_value()`	是否为空
`type()`	返回 `type_info`
`reset()`	清空
`any_cast<T>(a)`	按类型取出（引用版抛异常，指针版返回 nullptr）

与 `void*`、`std::variant` 怎么选？

	`void*`	`std::variant<A,B,C>`	`std::any`
类型信息	无	编译期固定集合	运行期任意
内存	手动管理	通常栈上、无堆	大对象可能堆分配
典型场景	C 遗留接口	状态机、有限联合	配置表、插件返回值

选型：类型集合编译期已知 → variant（更快）；运行期才知道类型 → any。

demo 按「基础用法 → any_cast → 成员函数 → 对比 void* → 对比 variant → 实际场景」六段展开，最后用 std::map<std::string, std::any> 实现简易配置类 Config——set("port", 8080)、get<int>("port")、get_or_default<int>("missing", 0)，再加一个返回 std::any 的 MathPlugin 插件示例，见 ref/cpp_demo/basics/any_demo/。

二、`std::filesystem`：跨平台文件系统

C++17 把文件系统操作收进标准库，告别「Windows 用一套 API、Linux 用另一套」：

#include <filesystem>
namespace fs = std::filesystem;

fs::path p = fs::current_path() / "data" / "config.json";
std::cout << p.filename() << p.extension() << '\n';

if (fs::exists(p)) {
    std::cout << "size: " << fs::file_size(p) << '\n';
}

for (const auto& entry : fs::directory_iterator("logs")) {
    if (entry.is_regular_file())
        std::cout << entry.path() << '\n';
}

fs::create_directories("out/cache");
fs::copy_file("a.txt", "out/cache/a.txt", fs::copy_options::overwrite_existing);

常用 API	用途
`fs::path`	路径拼接 `a / b`、取 `stem()` / `extension()`
`exists` / `file_size` / `last_write_time`	属性查询
`directory_iterator`	单层目录遍历
`recursive_directory_iterator`	递归遍历
`create_directories` / `remove_all`	创建 / 删除
`copy` / `copy_file` / `rename`	复制与重命名

path 自动处理 / 与 \，同一套代码在 macOS / Linux / Windows 上都能编译（GCC 9 之前需额外链接 -lstdc++fs，LLVM 9 之前的 libc++ 需 -lc++fs；当前工具链都不需要）。

完整示例见 ref/cpp_demo/basics/filesystem_demo/：覆盖路径分解与拼接、状态查询、目录遍历（单层 / 递归 / 过滤）、创建复制重命名删除、fs::space 磁盘空间、fs::permissions 权限修改，以及异常与 std::error_code 两种错误处理方式。遍历和文件操作会在当前目录下创建 fs_demo_temp、fs_ops_temp 等临时目录，演示结束后自行清理。

三、结构化绑定：一次拆多个返回值

C++17 允许把 pair、tuple、数组、结构体成员一次性绑定到多个变量：

std::map<std::string, int> m{{"a", 1}, {"b", 2}};
for (const auto& [key, value] : m) {
    std::cout << key << " -> " << value << '\n';
}

std::pair<int, std::string> p{42, "ok"};
auto [code, msg] = p;

int arr[] = {1, 2, 3};
auto [x, y, z] = arr;

配合 range-for 遍历 map 特别顺手——不用再写 .first / .second。

四、`if constexpr`：编译期分支

模板里按类型走不同逻辑，C++17 之前要靠 SFINAE；if constexpr 让不走的分支不参与实例化：

template<typename T>
auto process(T value) {
    if constexpr (std::is_integral_v<T>) {
        return value * 2;
    } else if constexpr (std::is_floating_point_v<T>) {
        return value * 1.5;
    } else {
        return value;
    }
}

if constexpr 在编译期决定走哪条分支；普通 if 两条分支都必须能编译通过。

五、折叠表达式：可变参数一行求和

C++17 折叠表达式简化了可变参数模板：

template<typename... Args>
auto sum(Args... args) {
    return (args + ...);           // 一元右折叠
}

sum(1, 2, 3, 4);  // 10

template<typename... Args>
bool all_true(Args... args) {
    return (args && ...);
}

形式	示例	含义
一元右折叠	`(args + ...)`	`arg1 + (arg2 + (...))`
一元左折叠	`(... + args)`	`((...) + arg2) + arg1`
二元折叠	`(args + ... + 0)`	带初始值

六、并行算法：`std::execution::par`

C++17 为部分 STL 算法增加了执行策略参数：

#include <algorithm>
#include <execution>
#include <vector>

std::vector<int> v(1'000'000);
std::sort(std::execution::par, v.begin(), v.end());

std::vector<int> a(1'000'000, 3), b(a.size());
std::transform(std::execution::par_unseq,
               a.begin(), a.end(), b.begin(),
               [](int x) { return x * x; });

策略	含义
`std::execution::seq`	顺序（默认行为）
`std::execution::par`	允许多线程并行
`std::execution::par_unseq`	并行 + 允许 SIMD 向量化

注意：

数据量小时并行反而更慢（线程开销）
par_unseq 要求操作无锁、无分配——纯计算最合适
Apple Clang / libc++ 可能头文件存在但未真正实现并行策略；demo 用 __cpp_lib_parallel_algorithm 宏检测（定义 HAS_EXECUTION_POLICY），不支持时回退顺序执行

并行算法的调度由标准库实现负责，不是你自己写的线程池（系列第 14 篇会讲自建线程池）。GCC 的 libstdc++ 以 Intel TBB 作为并行后端，所以 demo 的 CMake 在 Threads::Threads 之外还会 find_package(TBB QUIET)，找到就链接 TBB::tbb；Docker 镜像已预装 libtbb-dev。

性能对比见 ref/cpp_demo/basics/parallel_algo_demo/——依次演示并行 sort（100 万元素）、for_each、transform、reduce（1000 万元素）、transform_reduce、find_if / count_if，最后在 10 万到 1000 万五档数据量下对比 accumulate 与并行 reduce，全部用 chrono 计时并打印加速比。

七、三个 demo 怎么跑

1
2
3

cd ref/cpp_demo/basics/any_demo && ./build.sh --run
cd ref/cpp_demo/basics/filesystem_demo && ./build.sh --run
cd ref/cpp_demo/basics/parallel_algo_demo && ./build.sh --run

三个 demo 的 CMake 都是 set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)；filesystem 在 GCC 8 及更早版本需要额外链接 stdc++fs，当前工具链无需处理。

八、小结

特性	一句话
`std::any`	运行期任意类型，配置 / 插件场景
`std::filesystem`	跨平台路径与文件操作
结构化绑定	`auto [k,v]` 解构 map / pair
`if constexpr`	模板内编译期分支
折叠表达式	`(args + ...)` 简化可变参数
并行算法	`std::execution::par` 加速大数组算法